为探究化肥配施不同腐熟度有机肥对土壤微生物生物量氮(MBN)的影响及土壤MBN调控土壤矿质氮的作用,将堆肥过程与土壤培养试验相结合,设置常规化肥对照(CK)、化肥+腐熟度为 50%(种子发芽指数为50%,下同)的有机肥(CO1)、化肥+腐熟度为 80%的有机肥(CO2)、化肥+腐熟度为 100%的有机肥(CO3)共4 个处理,测定土壤MBN、矿质氮(NH4+-N、NO3--N)、净硝化速率、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、脲酶和蛋白酶,并揭示土壤MBN对矿质氮的调控作用.结果表明:到培养结束时,与CK处理相比,有机肥处理(CO1、CO2、CO3)的土壤MBN、NH4+-N含量显著提高 50.1%～62.4%、109.9%～147.1%,土壤NO3--N、净硝化速率显著降低23.3%～46.8%、26.2%～51.5%,土壤MBC、DOC含量、脲酶和蛋白酶活性分别显著提高33.8%～69.6%、7.4%～20.8%、11.2%～69.0%、9.4%～25.1%,且CO2、CO3 的变化幅度均显著高于CO1.冗余分析和结构方程模型显示,较高腐熟度有机肥(腐熟度≥80%)对MBC、MBN、NH4+-N含量、脲酶和蛋白酶活性具有正向调控作用,对土壤净硝化速率具有负向调控作用.化肥配施较高腐熟度有机肥可以明显增加土壤MBN,提升脲酶、蛋白酶活性,增加NH4+-N含量,降低土壤净硝化速率.因此,在实际应用中,建议采用腐熟度为 80%的有机肥与化肥配施,减少有机肥生产成本及时间,实现有机固体废弃物的资源化利用.

为探索食用菌栽培废弃物资源的回收利用,以废弃菌袋和鸡粪为基质,按1∶1 (W/W)充分混匀,添加1％(W/W)的腐熟菌剂初发酵3周后,添加0.5％ (w/w)的功能菌剂进行复发酵.结果表明废弃菌袋和鸡粪腐熟充分,其种子发芽指数(GI)符合有机固体废弃物腐熟情况的公认指标.堆肥成品的酸碱度、有机质含量、全氮、全磷、全钾、重金属(总砷,总汞,铅,镉)含量等指标均符合行业标准NY525-2012,可用于农田、果园等作物的肥料,为后续废弃菌袋和鸡粪的资源化利用提供参考.

天然存在的高分子生物聚合物γ-聚谷氨酸(γ-PGA)因具生物可降解性、无毒性和非免疫原性而被广泛应用于食品、工业和医疗等领域,主要由微生物发酵制备;当前γ-聚谷氨酸的微生物发酵制备技术在我国基本上处于实验室研究阶段,距离大规模的工业化生产还有很大差距.综述γ-聚谷氨酸的高产菌株选育,包括分离筛选新的γ-PGA生产菌株以及对原有的菌株进行遗传诱变和基因操作、合成机制;发酵条件优化,包括对培养基的组成成分(碳源、氮源和金属离子等)和发酵因素(温度、pH和溶氧等)进行优化;发酵方式选择,包括常规的液体发酵方式以及以工农业废弃物为原料的固体发酵方式;分离方法的建立,包括有机溶剂沉淀法和金属离子沉淀法的比较等.最后对γ-PGA相对分子质量的调控、生产成本、分离纯化、具体合成机制和大规模生产进行展望,以期为γ-聚谷氨酸工业化生产及在我国进一步的推广应用提供理论支撑.

采用全自动甲烷潜力测试系统(AMPTS)和热重红外联用技术(TG-FTIR),对中温(37℃)下猪粪和稻草按不同挥发性固体(VS)比例(1:0、0:1、2:1、1:1、1:2、1:3)混合发酵产甲烷特性进行分析.AMPTS测试结果表明:稻草和猪粪混合比例为1:1时,发酵协同作用最好,实际甲烷产量比理论值提高了9.78％.TG-FTIR分析表明:1:1发酵时,残渣TG总失重率为47.84％,明显低于其它实验组;DSC曲线在250—350℃和400—550℃有2个明显放热峰,且1:1时放热量最少,说明该比例下有机物消耗最多,底物利用性更好,发酵稳定性更高;FTIR分析表明发酵残渣燃烧释放气体主要为水汽、CO2、NH3和少量挥发酸;200—350℃和400—550℃温区下CO2的峰值差异说明发酵中易消化有机物大量降解,残渣中较难氧化的芳香族结构和木质纤维素比例增加,发酵稳定性提高.研究结果阐明了混合厌氧发酵技术在农业废弃物甲烷化利用中的应用潜力及TG-FTIR技术在发酵产气特性及底物稳定性分析中的作用.

城市污泥与建筑垃圾是城镇主要固体废弃物,为促进其安全低成本的土地利用,采用盆栽方式,配置城市生污泥体积占比为0％、20％、40％、60％、80％和100％等6种生污泥与建筑垃圾混合基质,播种臭椿种子,分析混合基质的理化性状与植物当年生长量变化.结果显示,随着污泥含量增加,基质中黏粒含量、电导率、有机质、养分和重金属砷、镉、钴、铜、镍、锌含量显著增加,而铬、铅变化不大.污泥含量40％及以下的基质中各重金属含量均达到国家《土壤环境质量标准》旱地Ⅰ-Ⅱ级标准,污泥占比60％和80％基质中各重金属含量均达到Ⅲ级标准.污泥含量为20％和40％的基质最适宜臭椿生长,植株干重比对照提高54.57％以上,高于40％则抑制臭椿生长,高比例污泥基质中臭椿萌发与生长差,基质黏粒含量高、透气透水性差是主要原因.臭椿根茎叶重金属含量及富集系数随着生长基质中重金属增加而增加,臭椿对镉的富集系数最大,在0.1-0.5之间,对锌、镍的富集系数次之,叶片对重金属的富集系数大多高于根茎.综合考虑植株生物量、重金属污染,未经前处理的生污泥与建筑垃圾直接混合成植物生长基质是完全可行的,生污泥占比为40％的混合基质适宜种植臭椿,臭椿对基质中的重金属具有较强的富集能力.

[背景]为了提高堆肥降解有机废弃物的效率,高效堆肥菌剂成为了研究热点,其中以真菌应用的研究为多,但真菌也有对氧气和底物敏感等缺点,细菌对堆肥的作用开始被研究.本实验室以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为底物,从绿化废弃物堆肥中筛选得到枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B.subtilis) BL03,它具有较好的纤维素分解能力,能提高绿化废弃物堆肥中纤维素降解和腐殖质合成的速度.[目的]进一步提高B.subtilis BL03的纤维素酶生产能力.[方法]利用常压室温等离子(Atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变BL03菌,通过CMC-刚果红固体培养基观察水解透明圈,以及液体发酵后检测酶活力的方法进行3轮筛选;通过连续多代培养观察突变株的遗传稳定性;通过梯度温度、pH培养研究突变株发酵的最适生长温度、培养基初始pH;利用正交设计方法研究适合突变株发酵培养的工业级原料配方.[结果]筛选到2株正突变株,酶活力分别提高了69％和72％;连续10代培养稳定,验证了突变株的遗传稳定性;其中酶活力最高的突变株BLA3890最适培养温度为37℃、培养基初始pH为5.0-6.5,研究得到较经济的发酵培养基配方.[结论]ARTP诱变B.subtilis BL03后得到的突变株BLA1973和BLA3890在绿化废弃物堆肥或其他纤维素降解行业具有进一步研究和应用的价值.

好氧堆肥是实现有机固体废弃物资源化利用的主流处理方式.堆肥腐熟是一个由微生物主导的生理生化过程,堆料通过微生物发酵实现矿质化、腐殖化和无害化,转变成腐熟的有机肥.传统的好氧堆肥存在发酵周期长、养分损失、恶臭及温室气体排放等不足.在堆肥过程中添加微生物是弥补传统好氧堆肥缺陷、提高堆肥品质和功效的有效方法.近年来,国内外在好氧堆肥过程中主要微生物类群与其演替规律、外源添加微生物的作用与功能等方面取得了较大进展.本文简述好氧堆肥基本过程与主要影响因素,以及这个过程中主要微生物类群与其演替规律,重点介绍有关微生物添加剂在好氧堆肥中的应用及其作用方面的研究进展.同时,我们对目前微生物添加剂在应用中存在的问题进行分析并对解决途径进行探讨.

中药渣是中药资源产业化过程中的固体废弃物,我国中药渣年排放量达几千万吨.中药渣种类多样、营养丰富,含有纤维素、蛋白质等有机物和一些无机物,是一种未被充分利用的生物资源,具有广阔的开发前景.文章综述了近年来中药渣的处理现状,除传统处理方式外,主要用于能源生产、工程材料制备、生物化学品生产、废水处理等,并介绍了中药渣处理的生命周期评价和经济性分析的研究进展,为中药渣的资源化、高值化利用研究提供一些参考.

好氧堆肥是一种典型的有机固体废弃物稳定化无害化的生物化学过程,在这一过程中有机物通过微生物分解然后聚合形成腐殖质(HS).木质素由于其复杂的网络结构,导致很难在堆肥高温阶段完全被微生物降解,此外,木质素作为HS形成的原料和骨架,它的深度降解对堆肥腐殖化过程具有重要的意义.堆肥冷却和腐熟阶段是HS形成的关键时期,其中真菌和木质素酶在深化木质素降解、强化腐殖化过程中扮演重要角色.温度和pH作为影响腐殖化进程的重要环境因子,它的调控是人为强化腐殖化进程的重要手段.综述了关键酶降解木质素的作用机制、前体物质与腐殖酸形成之间的作用机理,以及真菌对腐殖酸形成的驱动机制.提出探索堆肥过程中参与HS合成代谢途径的关键基因和酶是今后堆肥腐殖化过程研究的重要方向.

堆肥技术是有机固体废弃物处理处置与资源化利用最有效手段之一,涉及诸多复杂的非生物学与生物学反应.本文分别从非生物学及生物学层面阐述了腐殖化进程调控机制.非生物学腐殖酸合成机制涵盖了木质素-蛋白理论、多酚自缩合、多酚-蛋白途径以及美拉德反应.生物学途径包含堆肥进程碳组分的固定、木质纤维素的生物转化、反硝化进程等对腐殖化进程的响应.旨在为堆肥腐殖化进程中腐殖质的合成提供更为全面的技术参考和现状概述.